CN103978497B - 液压驱动式水下应急解脱装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供液压驱动式水下应急解脱装置，采用液压油或水作为驱动介质，包括机械本体、信号缆解脱部分、动力缆解脱部分。机械本体提供与水下航行器与水下机械手之间的连接平台。在水下航行器正常作业时，该装置能保证航行器与水下机械手安全可靠连接。当水下航行器-机械手出现严重故障时，如机械手各驱动关节发生严重缠绕或卡死故障或机械手末端执行器被水中缠绕物缠住，常规的容错控制无法满足作业要求必须进行抛载以确保水下航行器的安全。控制***发出解脱指令，快速实现液压机械手与水下航行器间的脱离，以确保航行器的安全。本发明可实现液压机械手本体、动力缆以及信号缆的水下解脱。

Description

液压驱动式水下应急解脱装置

技术领域

本发明涉及的是一种水下解脱装置，具体地说是水下航行器、机械关节的解脱装置。

背景技术

水下航行器-机械手***是目前唯一能够进入深海进行海洋环境、资源探测、水下作业的装备。该***作业于复杂且未知的海洋环境中，机械手各关节可能发生缠绕、卡死等严重故障，机械手末端执行器可能被水下缠绕物缠绕等故障。此时传统的容错控制已无法确保***的安全，迅速使机械手脱离于航行器是确保航行器自身安全的重要方式。因此，水下应急解脱装置是水下航行器-机械手***中确保***安全的重要装置之一。

机械手各关节安装有旋转编码器对各关节角度进行测量，因此在实现机械手脱离于航行器时需要同时完成信号缆与动力缆的解脱。目前，用于水下液压机械手的解脱技术大都只是考虑了动力缆的解脱，而没涉及到信号缆的解脱，如1998年“兰鲸号潜器两型机械手的结构设计研究”的文章中设计的抛弃装置采用高压油拉断可断联接螺栓的方法，完成机械手与水下航行器的分离，同时控制油路因为机械本体的分离而断开。而对于电动机械手，信号缆与动力缆集成于一体，因此可认为只含有信号缆的解脱，如申请号CN201210140056.8“气压驱动式水下解脱装置”通过高压气体推动电缆插头与插座间的分离，从而实现机械手与水下航行器间的脱离。

此外，涉及水下抛载装置，如申请号为CN201110154966.7，名称为“水下自主航行器开锁式水下抛载机构”的专利文件，只是实现了物体的抛载，而不涉及动力缆和信号缆的解脱。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现液压机械手本体、动力缆以及信号缆的水下解脱的液压驱动式水下应急解脱装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明液压驱动式水下应急解脱装置，其特征是：包括与水下航行器相连的上端盖、与机械手相连的下端盖、插头支撑件、解脱驱动件，上端盖中部设置通孔，上端盖通孔里设置相连的电缆插座和电缆插头，通孔与上端盖侧壁之间设置解脱孔，解脱驱动件安装在解脱孔里，上端盖上壁上安装第一管接头，第一管接头与解脱驱动件相连通，插头支撑件安装在电缆插头与通孔壁之间，插头支撑件周向伸出凸台，上端盖下部设置钢珠孔，下端盖上设置凹槽，下端盖安装在上端盖下部的外侧，钢珠位于钢珠孔里，钢珠内侧被凸台顶住，钢珠外侧被凹槽顶住，从而使下端盖挂在上端盖上，下端盖下方固定挡板，挡板的中部为通孔、端部为实体，插头支撑件位于挡板的通孔上方，凸台位于挡板的实体上方。

本发明还可以包括：

1、上端盖的侧壁上设置上端盖管接头，下端盖的侧壁上设置下端盖管接头，下端盖管接头位于对应的上端盖管接头的下方，且下端盖管接头和与其对应的上端盖管接头通过下端盖和上端盖里开设的连接槽相连通，下端盖的连接槽和其对应的上端盖的连接槽里安装解脱活塞，解脱活塞与上端盖和下端盖均通过O型圈密封，解脱活塞开设通孔。

2、所述的上端盖管接头和下端盖管接头均有12个，所述的钢珠孔、凹槽、钢珠均有6个。

本发明的优势在于：

1、采用与液压机械手相同的驱动介质，从而避免需额外携带动力源，节省了水下航行器-机械手的空间。

2、针对水下液压机械手与水下航行器间的分离需完成机械本体、信号缆以及动力缆的解脱，通过一个机构的运动同时实现以上三部分的解脱，该解脱装置结构紧凑，只需占据水下航行器较小的空间。

3、通过螺钉的预紧力确保水下液压机械手安全可靠地安装与水下航行器上，确保正常工作时机械手能正常完成任务。

4、挡板通过螺钉连接固定在下端盖底部，既可实现在解脱时提供受力平台，也可使下端盖易加工、安装方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图(省略了管接头、机械手关节与航行器连接板)；

图3为本发明的俯视图(省略了管接头、机械手关节与航行器连接板)；

图4为上端盖示意图；

图5为下端盖示意图；

图6为插头支撑件示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，本发明一种液压式水下应急解脱装置的整体结构，其主要包括机械本体、信号缆解脱部分以及动力缆解脱部分。信号缆及动力缆解脱部分与机械本体间的径向密封均采用O型圈密封。

机械本体包括上下端盖两部分；上端盖1的结构如图4所示，其上端加工有两个管螺纹孔，通过管接头3可让高压液体进入到上端盖1与解脱驱动件19形成的密闭空间。其上端加工有四个均匀分布的螺纹孔，通过螺钉23可实现对下端盖12的预紧，从而确保下端盖12与钢珠20紧密接触，保证机械手的正常作业。其上端加工有均匀分布的四个连接孔通过螺钉2与水下航行器的连接，同时为减小该应急解脱装置的尺寸，在与水下航行器连接处加工两个凹槽以便螺钉螺母的装配。在上端盖1四周均匀加工了12个管螺纹孔，各螺纹孔底端与光孔相通。螺纹孔通过管接头7、液压管与航行器所提供的液压装置相连，光孔与解脱活塞9间的径向密封采用O型圈10密封。驱动各关节的液体可在其内流动。电缆插座5通过普通螺纹固定于上端盖1中，信号缆输入端22与电缆插座5间通过硫化处理实现密封。解脱驱动件19通过O型圈6实现与上端盖1的径向密封。6个钢珠套筒21均布嵌入在上端盖1中，钢珠20外侧卡住下端盖12，内侧受到插头支撑件17的抵挡，从而使下端盖12悬挂在上端盖1上。

如图5所示，下端盖12提供与机械手连接的平台。挡板13通过螺钉14连接固定在下端盖12的底部，在解脱过程中，解脱驱动件19在高压液体的驱动下，先推动插头支撑件17向下运动，再推动挡板13使得下端盖12脱离于上端盖1。下端盖12周围加工12个管螺纹孔及光孔，通过管接头11及液压管将动力传递至各关节；将解脱活塞9***上下端盖的光孔中，解脱活塞9与上下端盖12间通过O型圈10形成径向密封。

插头支撑件17的结构如图6所示，电缆插头8通过普通螺纹固定在插头支撑件17内，形成一个整体。信号缆输出端16再分别接入到各关节中，其中电缆插头8与信号缆输出端16间通过硫化处理实现密封。电缆插头8通过O型圈18与上端盖1内壁实现径向密封，确保在正常情况下，机械手能正常工作。

这种实施方式的工作原理为：

在正常情况下，该装置为水下航行器与液压机械手间提供安全可靠的连接平台。上端盖1与航行器连接板4相连，下端盖12与机械手肩关节15相连，下端盖12通过钢珠20及插头支撑件17提供的支撑力悬挂在上端盖1中。电缆插头8***电缆插座5中以实现信号传递，其中各处的密封涉及到硫化处理及O型圈径向密封。液压管、管接头7、上端盖1、解脱活塞9、下端盖12、管接头11、液压管所形成的密闭回路构成动力传递通路，其中涉及到管螺纹密封及O型圈径向密封。

当出现严重故障，需将机械手脱离于航行器时，航行器通过液压管将高压液体传递至上端盖1与解脱驱动件19所形成的密闭空间中，推动解脱驱动件19向下运动。解脱驱动件19推动插头支撑件17带动电缆插头8一起向下运动，同时钢珠20失去了插头支持件17的抵挡而不再为下端盖12提供支撑力。当电缆插头8与电缆插座5完全脱离时，便实现了信号缆的分离；解脱驱动件19及插头支撑件17继续在高压液体的推动下向下运动，接触到挡板13后将带动整个下端盖12及机械手本体向下运动，从而脱离于上端盖，最终实现了动力缆及机械手本体与航行器间的分离。

本发明专利的目的是为水下航行器-液压水下机械手***提供一种可同时实现液压机械手本体、动力缆以及信号缆的水下应急解脱装置。当水下航行器-机械手***正常作业时，该水下应急解脱装置为水下航行器与液压机械手之间提供安全可靠地连接。而当水下航行器-机械手***发生严重故障，需抛弃机械手确保水下航行器本身的安全时，该解脱装置能实现机械手与航行器间的机械本体、动力缆与信号缆的可靠分离。

本发明专利的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明专利采用液压驱动方式，主要由机械本体、信号缆解脱部分、动力缆解脱部分三部分组成。在航行器正常工作时，下端盖通过钢珠及插头支撑件所提供的支撑力悬挂于上端盖上。为确保下端盖的安全悬挂，在上端盖上部开有四个均布的螺纹孔，通过螺钉给予下端盖均匀的预紧力，以保证下端盖能与钢珠紧密接触。此时所有解脱部分均不工作，航行器所提供的信号与动力均能正常地传递至机械手中，实现了机械手与航行器间的安全可靠连接。当出现紧急情况，如机械手某关节发生严重缠绕或卡死故障或机械手末端执行器被水中缠绕物缠住，机械手需完全脱离于航行器，包括信号缆与动力缆。航行器控制***发出指令，通过自身携带的液压泵产生高压液体，通过液压管、管接头等传递至机械本体中，进而推动解脱驱动件向下运动，解脱驱动件推动插头支撑件，使钢珠失去插头支撑件的支撑，此时电缆插头与电缆插座分离，从而实现了信号缆的解脱；钢珠不再为下端盖提供支撑力，继续在解脱驱动件的推动下，下端盖脱离于上端盖，从而实现了动力缆与液压机械手本体的解脱。

机械本体主要由上端盖、下端盖、挡板以及多个管接头等组成。上端盖加工有12个螺纹进油孔，可实现6个关节的驱动；加工有2个解脱用的进油孔，其上安置管接头，通过液压管与航行器所携带的高压驱动源组件相连；上端盖的内部加工有一环形孔，在高压液体的驱动下，解脱驱动件可在环形孔内运动；下端盖加工有12个螺纹出油孔，与上端盖相对应。上下端盖分别加工4个光孔以实现机械手与航行器间的连接。上端盖加工有4个螺纹孔，通过螺钉为下端盖提供预紧力，以确保下端盖与钢珠间紧密接触，实现机械手与航行器间的安全可靠连接。信号缆解脱部分，通过高压液体推动解脱驱动件向下运动，解脱驱动件通过O型圈实现径向密封；从而实现电缆插头与电缆插座间的分离，最终实现信号缆的解脱。动力缆的解脱部分：上下端盖间通过解脱活塞连接；解脱活塞通过O型圈实现径向密封；解脱活塞中心处加工有通孔，水下航行器-机械手正常工作时，高压液体通过液压管、管接头、上端盖、解脱活塞、下端盖、管接头、液压管、最后分配至各个关节，此路线即为动力传递路线。需解脱时，在完成信号缆解脱后，解脱驱动件在高压液体的驱动下，继续推动插头支撑件向下运动，最终推动挡板带动整个下端盖脱离于上端盖，实现动力缆的解脱。

液压驱动式水下应急解脱装置的工作过程如下：当水下航行器的控制***发出解脱指令后，水下航行器为该解脱装置提供高压液体(液压油或水)，推动解脱驱动件向下运动，进而推动插座支撑件，带动电缆插头脱离电缆插座，实现信号缆的解脱；与此同时，随着插座支撑件的向下运动，钢珠失去插座支撑件的支撑，而不再为下端盖提供支撑力，下端盖在自身重力的作用下向下运动，但难以与上端盖分离；此时解脱驱动件继续在高压液体的驱动下推动插座支撑件以及挡板运动，挡板通过螺钉固定于下端盖中，从而高压液体间接地推动了下端盖脱离于上端盖，实现了动力缆的解脱。最终整个机械手本体、信号缆以及动力缆可靠脱离于航行器。

本发明液压驱动式水下应急解脱装置，采用液压驱动方式，主要由机械本体、信号缆解脱部分、动力缆解脱部分三部分组成。在水下航行器正常工作时，下端盖通过钢珠及插头支撑件所提供的支撑力悬挂于机械本体上。此时所有解脱部分均不工作，航行器所提供的信号与动力均能正常地传递至机械手中，实现了机械手与航行器间的安全可靠连接。当出现紧急情况，如机械手某关节发生严重缠绕或卡死故障或机械手末端执行器被水中缠绕物缠住，机械手需完全脱离于航行器，包括与航行器相连的信号缆与动力缆。航行器控制***发出指令，通过自身携带的液压泵产生高压液体，通过液压管、管接头等传递至机械本体中，进而推动解脱驱动件向下运动，解脱驱动件再推动插头支撑件，使钢珠失去插头支撑件的支撑，此时电缆插头与电缆插座分离，从而实现了信号缆的解脱；钢珠不再为下端盖提供支撑力，继续在解脱驱动件的推动下，下端盖脱离于上端盖，从而实现了动力缆及液压机械手本体的解脱。

机械本体主要由上端盖、下端盖以及多个管接头等组成。上端盖加工有12个螺纹进油孔，可实现6个关节的驱动；加工有2个解脱用的进油孔，其上安置管接头，通过液压管与航行器所携带的高压驱动源组件相连；上端盖的内部加工有一环形孔，在高压液体的驱动下，解脱驱动件可在环形孔内运动；下端盖加工有12个螺纹出油孔，与上端盖相对应，通过解脱活塞构成密闭的回路，即动力缆回路。上下端盖分别加工4个光孔以实现机械手与航行器间的连接。

上端盖加工有4个螺纹孔，通过螺钉为下端盖提供预紧力，以确保下端盖与钢珠间紧密接触，实现机械手与航行器间的安全可靠连接。

解脱过程中，当钢珠不再为下端盖提供支撑力时，此时下端盖亦很难完全脱离于上端盖，挡板通过螺钉连接固定在下端盖底部，从而解脱驱动件可通过挡板继续给予下端盖向下的推力。

信号缆解脱部分通过高压液体推动解脱驱动件向下运动使电缆插头分离于电缆插座来实现信号缆的解脱。解脱驱动件通过O型圈实现径向密封。

动力缆解脱部分上下端盖间通过解脱活塞连接；解脱活塞通过O型圈实现径向密封；解脱活塞中心处加工有通孔，水下航行器-机械手正常工作时，高压液体通过液压管、管接头、上端盖、解脱活塞、下端盖、管接头、液压管、最后分配至各个关节。需解脱时，在完成信号缆解脱后，解脱驱动件在高压液体的驱动下，继续推动插头支撑件向下运动，最终推动挡板带动整个下端盖脱离于上端盖，实现动力缆及液压机械手的解脱。

Claims (2)

1.液压驱动式水下应急解脱装置，其特征是：包括与水下航行器相连的上端盖、与机械手相连的下端盖、插头支撑件、解脱驱动件，上端盖中部设置通孔，上端盖通孔里设置相连的电缆插座和电缆插头，通孔与上端盖侧壁之间设置解脱孔，解脱驱动件安装在解脱孔里，上端盖上壁上安装第一管接头，第一管接头与解脱驱动件相连通，插头支撑件安装在电缆插头与通孔壁之间，插头支撑件周向伸出凸台，上端盖下部设置钢珠孔，下端盖上设置凹槽，下端盖安装在上端盖下部的外侧，钢珠位于钢珠孔里，钢珠内侧被凸台顶住，钢珠外侧被凹槽顶住，从而使下端盖挂在上端盖上，下端盖下方固定挡板，挡板的中部为通孔、端部为实体，插头支撑件位于挡板的通孔上方，凸台位于挡板的实体上方；

上端盖的侧壁上设置上端盖管接头，下端盖的侧壁上设置下端盖管接头，下端盖管接头位于对应的上端盖管接头的下方，且下端盖管接头和与其对应的上端盖管接头通过下端盖和上端盖里开设的连接槽相连通，下端盖的连接槽和其对应的上端盖的连接槽里安装解脱活塞，解脱活塞与上端盖和下端盖均通过O型圈密封，解脱活塞开设通孔。

2.根据权利要求1所述的液压驱动式水下应急解脱装置，其特征是：所述的上端盖管接头和下端盖管接头均有12个，所述的钢珠孔、凹槽、钢珠均有6个。